本發(fā)明涉及云計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種支持有狀態(tài)構(gòu)件集群化的云操作系統(tǒng)總線及通信方法。

背景技術(shù)：
隨著云計(jì)算的興起，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心正在迅速向云數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)型。在數(shù)據(jù)中心從初級(jí)形態(tài)向高級(jí)形態(tài)演進(jìn)的物理資源基礎(chǔ)整合、物理與應(yīng)用虛擬化整合、自動(dòng)化集中管理、數(shù)據(jù)中心協(xié)同服務(wù)四個(gè)階段中，云操作系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用。云操作系統(tǒng)承擔(dān)著對(duì)上接口應(yīng)用、對(duì)下調(diào)度管理硬件的中間功能，將大量的異構(gòu)設(shè)備融合為標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的邏輯資源池，動(dòng)態(tài)調(diào)度給云應(yīng)用，完成對(duì)終端的服務(wù)。云操作系統(tǒng)對(duì)應(yīng)用和硬件的兼容性決定了整個(gè)云數(shù)據(jù)中心的開(kāi)放融合程度。云操作系統(tǒng)必須考慮對(duì)不同廠商軟、硬件的兼容性，同時(shí)要考慮到云計(jì)算應(yīng)用功能和非功能需求不斷變化的實(shí)際，便于第三方基于云操作系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)用的系統(tǒng)優(yōu)化和二次開(kāi)發(fā)。因此，云操作系統(tǒng)一方面需要采用廣泛兼容的開(kāi)放架構(gòu)，既考慮對(duì)第三方軟、硬產(chǎn)品的兼容性，也將第三方二次開(kāi)發(fā)納入其中，提供了完善、標(biāo)準(zhǔn)的接口API，另一方面，更要采用構(gòu)件化、可擴(kuò)展的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使資源虛擬化、資源調(diào)度、運(yùn)維管理、計(jì)量計(jì)費(fèi)、自助服務(wù)等功能構(gòu)件可自由組合，按需部署，同時(shí)采用可擴(kuò)展性系統(tǒng)設(shè)計(jì)，便于增值構(gòu)件的開(kāi)發(fā)和動(dòng)態(tài)伸縮，滿足用戶個(gè)性化需求。已有云操作系統(tǒng)采用消息隊(duì)列或消息中間件方式建立松耦合、構(gòu)件化的體系結(jié)構(gòu)。然而，基于消息隊(duì)列的架構(gòu)缺乏系統(tǒng)級(jí)的構(gòu)件高可用性支持，需要構(gòu)件自行考慮高可用方案，既加重了構(gòu)件的開(kāi)發(fā)負(fù)擔(dān)，也加重了構(gòu)件處理節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)。遵循高內(nèi)聚低耦合的軟件設(shè)計(jì)原則，從中間件層面針對(duì)構(gòu)件建立支持處理節(jié)點(diǎn)集群的消息隊(duì)列，可以保障構(gòu)件的高可用性和高效性，但現(xiàn)有的消息中間件基于構(gòu)件的無(wú)狀態(tài)行假設(shè)設(shè)計(jì)，缺乏針對(duì)讀寫(xiě)分離機(jī)制和負(fù)載均衡策略，并且缺乏對(duì)構(gòu)件及其處理節(jié)點(diǎn)的管理和監(jiān)控機(jī)制，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)有狀態(tài)構(gòu)件處理集群的高可用和高性能支持。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種云操作系統(tǒng)總線及通信方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是按以下方式實(shí)現(xiàn)的，該一種云操作系統(tǒng)總線，其結(jié)構(gòu)包括隊(duì)列管理模塊、均與隊(duì)列管理模塊相連接的構(gòu)件管理模塊和集群監(jiān)控模塊，其中構(gòu)件管理模塊負(fù)責(zé)云操作系統(tǒng)各組成構(gòu)件的注冊(cè)、刪除、修改和查詢；隊(duì)列管理模塊負(fù)責(zé)根據(jù)構(gòu)件信息建立、刪除和調(diào)整構(gòu)件服務(wù)的消息隊(duì)列；集群監(jiān)控模塊負(fù)責(zé)檢測(cè)構(gòu)件各處理節(jié)點(diǎn)的加入和退出、失效和蘇醒，并將所述檢測(cè)信息發(fā)送給隊(duì)列管理模塊。所述構(gòu)件管理模塊中進(jìn)一步對(duì)各構(gòu)件的服務(wù)操作進(jìn)行區(qū)分，設(shè)定其為冪等或非冪等，其中所述冪等操作屬于無(wú)狀態(tài)操作，在同一狀態(tài)下每次執(zhí)行的結(jié)果相同；所述非冪等操作屬于有狀態(tài)操作，同一狀態(tài)下每次執(zhí)行的結(jié)果不同。所述隊(duì)列管理模塊為每個(gè)構(gòu)件建立一個(gè)讀寫(xiě)分離隊(duì)列組，其具體建立結(jié)構(gòu)為：建立一個(gè)寫(xiě)操作主題，構(gòu)件的每個(gè)處理節(jié)點(diǎn)向?qū)懖僮髦黝}訂閱寫(xiě)操作；根據(jù)構(gòu)件處理節(jié)點(diǎn)數(shù)建立若干個(gè)讀操作子隊(duì)列，構(gòu)件的每個(gè)處理節(jié)點(diǎn)向其中的一個(gè)隊(duì)列訂閱讀操作。所述節(jié)點(diǎn)的加入是指為構(gòu)件添加一個(gè)處理節(jié)點(diǎn)；節(jié)點(diǎn)的退出是指為構(gòu)件撤銷(xiāo)一個(gè)處理節(jié)點(diǎn)；節(jié)點(diǎn)的失效是指構(gòu)件的一個(gè)處理節(jié)點(diǎn)不可用；節(jié)點(diǎn)的蘇醒是指構(gòu)件一個(gè)不可用處理節(jié)點(diǎn)恢復(fù)可用。所述隊(duì)列管理模塊根據(jù)節(jié)點(diǎn)監(jiān)控模塊發(fā)送的信息調(diào)整隊(duì)列結(jié)構(gòu)，其具體調(diào)整方法為：當(dāng)節(jié)點(diǎn)加入事件發(fā)生時(shí)，在隊(duì)列組中為建立一個(gè)讀操作隊(duì)列，該節(jié)點(diǎn)向該隊(duì)列訂閱讀操作，并向?qū)懼黝}訂閱寫(xiě)主題；當(dāng)節(jié)點(diǎn)退出事件發(fā)生時(shí)，刪除該節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的讀隊(duì)列，關(guān)閉該節(jié)點(diǎn)對(duì)寫(xiě)主題的訂閱；當(dāng)節(jié)點(diǎn)失效事件發(fā)生時(shí)，停止向該節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的讀隊(duì)列發(fā)送讀操作請(qǐng)求，在寫(xiě)主題中保留寫(xiě)操作；當(dāng)節(jié)點(diǎn)蘇醒事件發(fā)生時(shí)，在寫(xiě)主題中保留寫(xiě)操作同步寫(xiě)操作，恢復(fù)向該節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的讀隊(duì)列發(fā)送讀操作請(qǐng)求。一種基于云操作系統(tǒng)總線的通信方法，其具體實(shí)施步驟為：所述隊(duì)列管理模塊根據(jù)服務(wù)操作請(qǐng)求的類型進(jìn)行路由，其中非冪等操作發(fā)送到唯一的寫(xiě)隊(duì)列；冪等操作根據(jù)負(fù)載均衡策略發(fā)送到根據(jù)處理節(jié)點(diǎn)數(shù)建立的讀隊(duì)列。所述讀操作負(fù)載均衡策略的具體過(guò)程為：1）根據(jù)構(gòu)件的配置信息計(jì)算節(jié)點(diǎn)的處理能力；2）根據(jù)讀寫(xiě)隊(duì)列組規(guī)模計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的負(fù)載；3）根據(jù)各節(jié)點(diǎn)的負(fù)載和處理能力計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的負(fù)載程度；4）選擇負(fù)載程度最小的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明的一種云操作系統(tǒng)總線及通信方法對(duì)組成構(gòu)件及其處理節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理和監(jiān)控，并對(duì)構(gòu)件各處理節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的隊(duì)列組進(jìn)行讀寫(xiě)分離和負(fù)載均衡，解決現(xiàn)有松耦合云操作系統(tǒng)中有狀態(tài)構(gòu)件的高可用性和高效性等集群化問(wèn)題，完善了松耦合、構(gòu)件化的云操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，通過(guò)支持有狀態(tài)構(gòu)件的高可用性和和負(fù)載均衡保障了云操作系統(tǒng)的整體可用性。附圖說(shuō)明附圖1是本發(fā)明的云操作系統(tǒng)總線構(gòu)架圖。附圖2是本發(fā)明的隊(duì)列組讀寫(xiě)分離示意圖。附圖3是本發(fā)明的讀操作路由算法流程圖。附圖4是本發(fā)明的數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)序圖。附圖5是本發(fā)明的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。附圖6是本發(fā)明的隊(duì)列結(jié)構(gòu)調(diào)整流程圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一種云操作系統(tǒng)總線及通信方法作以下詳細(xì)說(shuō)明。一種云操作系統(tǒng)總線的結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，該云操作系統(tǒng)總線構(gòu)架支持有狀態(tài)構(gòu)件集群化，其結(jié)構(gòu)包括如下模塊：構(gòu)件管理模塊，負(fù)責(zé)管理各組成構(gòu)件的元數(shù)據(jù)信息，支持注冊(cè)、刪除、修改和查詢等構(gòu)件管理操作。其中，構(gòu)件是一個(gè)三元組{名稱、服務(wù)集合、訪問(wèn)地址、描述}；服務(wù)是一個(gè)四元組{名稱，消息協(xié)議，參數(shù)列表，key名稱，功能描述，非功能描述}。構(gòu)件管理模塊中進(jìn)一步對(duì)各構(gòu)件的服務(wù)操作進(jìn)行區(qū)分，設(shè)定其為冪等或非冪等，其中，冪等操作屬于無(wú)狀態(tài)操作，在同一狀態(tài)下每次執(zhí)行的結(jié)果相同；非冪等操作屬于有狀態(tài)操作，同一狀態(tài)下每次執(zhí)行的結(jié)果不同。隊(duì)列管理模塊，負(fù)責(zé)根據(jù)構(gòu)件信息建立、刪除和調(diào)整構(gòu)件的消息隊(duì)列組。消息路由器，負(fù)責(zé)根據(jù)路由信息向所述隊(duì)列組分發(fā)消息。集群監(jiān)控模塊，負(fù)責(zé)檢測(cè)構(gòu)件各處理節(jié)點(diǎn)的加入和退出，獲取處理節(jié)點(diǎn)的配置信息，并對(duì)各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)狀態(tài)進(jìn)行控制。構(gòu)件處理集群，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的具體服務(wù)功能，由若干個(gè)處理節(jié)點(diǎn)組成。構(gòu)件客戶端，負(fù)責(zé)發(fā)起對(duì)構(gòu)件服務(wù)的使用請(qǐng)求。完成圖1所示的構(gòu)架后，如圖2所示，所述隊(duì)列管理模塊為每個(gè)構(gòu)件建立一個(gè)讀寫(xiě)分離隊(duì)列組。其中構(gòu)件注冊(cè)時(shí),系統(tǒng)總線為構(gòu)建分配用戶名user、密碼psw以及唯一的構(gòu)件id,處理節(jié)點(diǎn)的接入過(guò)程為：1）處理節(jié)點(diǎn)在合適的時(shí)候向地址為url的消息總線發(fā)起接入請(qǐng)求，代碼為：connection=ConnectionFactory.createConnection(user,psw,url);session=connection.createSession(false,Session.AUTO_ACKNOWLEDGE);2）消息總線驗(yàn)證接入節(jié)點(diǎn)的用戶名、密碼和id，如驗(yàn)證通過(guò)，建立連接。3）建立一個(gè)寫(xiě)操作主題，構(gòu)件的每個(gè)處理節(jié)點(diǎn)向?qū)懖僮髦黝}訂閱寫(xiě)操作。write_topic=session.createTopic(id+"WRITE_TOPIC");write_topic_consumer=session.createConsumer(write_topic);4）處理節(jié)點(diǎn)在writeTopicListener的onMessage方法中實(shí)現(xiàn)具體的寫(xiě)操處理功能，并向消息總線注冊(cè)。write_topic_consumer.setMessageListener(writeTopicListener);write_topic_consumer.listen();5）根據(jù)構(gòu)件處理節(jié)點(diǎn)數(shù)建立若干個(gè)讀操作子隊(duì)列，構(gòu)件的每個(gè)處理節(jié)點(diǎn)向其中的一個(gè)隊(duì)列訂閱讀操作,若尚不存在對(duì)應(yīng)構(gòu)件id的隊(duì)列組，則消息總線新建該隊(duì)列組；若已存在，則消息總線在隊(duì)列組中增加一個(gè)隊(duì)列。read_queue=session.createMultiQueue(id+"READ_QUEUE");read_queue_consumer=session.createConsumer(read_queue);6）處理節(jié)點(diǎn)在readQueueListener的onMessage方法中實(shí)現(xiàn)具體的讀操處理功能，并向消息總線注冊(cè)。read_queue_consumer.setMessageListener(readQueueListener);read_queue_consumer.listen();在上述讀寫(xiě)分離隊(duì)列組基礎(chǔ)上，本發(fā)明實(shí)例提供了一種保障有狀態(tài)構(gòu)件集群高可用、高性能的系統(tǒng)總線通信方法，包括：所述隊(duì)列管理模塊根據(jù)服務(wù)操作請(qǐng)求的類型進(jìn)行路由，其中，所述非冪等操作發(fā)送到唯一的寫(xiě)隊(duì)列；所述冪等操作根據(jù)負(fù)載均衡策略發(fā)送到根據(jù)處理節(jié)點(diǎn)數(shù)建立的讀隊(duì)列。其中，讀操作負(fù)載均衡流程如圖3所示，過(guò)程為根據(jù)構(gòu)件的配置信息計(jì)算節(jié)點(diǎn)的處理能力；1）若節(jié)點(diǎn)i的CPU頻率、內(nèi)存容量和I/O帶寬的配置信息分別為Ci，Mi和Bi，集群的各種資源配置為節(jié)點(diǎn)各種資源之和即C=∑Ci，M=∑Mi，B=∑Bi則節(jié)點(diǎn)i的CPU頻率權(quán)值為WiCPU=Ci/C，內(nèi)存容量權(quán)值WiRAM=Mi/M，I/O帶寬權(quán)值WiIO=Bi/B。若構(gòu)件服務(wù)處理所需資源各種資源比例分別為pCPU，pRAM，pIO，則節(jié)點(diǎn)i的處理能力Wi=pCPUWiCPU+pRAMWiRAM+pIOWiIO2）根據(jù)讀寫(xiě)操作權(quán)值計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的負(fù)載。若讀隊(duì)列Lr同寫(xiě)隊(duì)列Lw的讀寫(xiě)操作開(kāi)銷(xiāo)比a；則節(jié)點(diǎn)i的負(fù)載Li=LRi+aLW；各節(jié)點(diǎn)的負(fù)載狀態(tài)Si=Li/Wi。3）選擇負(fù)載最輕的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由。寫(xiě)操作采用流水化方式進(jìn)行，以提高數(shù)據(jù)寫(xiě)入效率，如圖4所示，其過(guò)程為：第一個(gè)節(jié)點(diǎn)首先寫(xiě)入數(shù)據(jù)，寫(xiě)入一個(gè)數(shù)據(jù)分片（64KB）后，在繼續(xù)接收數(shù)據(jù)的同時(shí)向第二節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)已寫(xiě)入的64K數(shù)據(jù)，第二節(jié)點(diǎn)至第N節(jié)點(diǎn)以相同方式接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，直到第N節(jié)點(diǎn)寫(xiě)入最后一個(gè)數(shù)據(jù)分片（不超過(guò)64KB）。在上述云操作系統(tǒng)總線架構(gòu)基礎(chǔ)上，所述節(jié)點(diǎn)監(jiān)控模塊進(jìn)一步將構(gòu)件處理節(jié)點(diǎn)的加入、退出、失效和恢復(fù)事件發(fā)送給所述隊(duì)列管理模塊，節(jié)點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖5所示，其中，所述節(jié)點(diǎn)加入事件是指為構(gòu)件添加一個(gè)處理節(jié)點(diǎn)。所述節(jié)點(diǎn)退出事件是指為構(gòu)件撤銷(xiāo)一個(gè)處理節(jié)點(diǎn)。所述節(jié)點(diǎn)失效事件是指構(gòu)件的一個(gè)處理節(jié)點(diǎn)不可用。所述節(jié)點(diǎn)蘇醒事件是指構(gòu)件一個(gè)不可用處理節(jié)點(diǎn)恢復(fù)可用。所述隊(duì)列管理模塊進(jìn)一步根據(jù)所述節(jié)點(diǎn)監(jiān)控模塊發(fā)送節(jié)點(diǎn)加入、退出、失效、恢復(fù)事件調(diào)整隊(duì)列結(jié)構(gòu)，調(diào)整流程如圖6所示，其中，當(dāng)節(jié)點(diǎn)加入事件發(fā)生時(shí)，在隊(duì)列組中為該節(jié)點(diǎn)建立一個(gè)讀操作隊(duì)列，該節(jié)點(diǎn)向該隊(duì)列訂閱讀操作，并向?qū)懼黝}訂閱寫(xiě)主題。當(dāng)節(jié)點(diǎn)退出事件發(fā)生時(shí)，刪除該節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的讀隊(duì)列，關(guān)閉其對(duì)寫(xiě)主題的訂閱。當(dāng)節(jié)點(diǎn)失效事件發(fā)生時(shí)，停止向該節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的讀隊(duì)列發(fā)送讀操作請(qǐng)求，在寫(xiě)主題中為該節(jié)點(diǎn)保留寫(xiě)操作。當(dāng)節(jié)點(diǎn)蘇醒事件發(fā)生時(shí)，在寫(xiě)主題中保留寫(xiě)操作同步寫(xiě)操作，恢復(fù)向該節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的讀隊(duì)列發(fā)送讀操作請(qǐng)求。